聚酰亚胺知多少
2022-11-30
来源：高分子物理学公众号
聚酰亚胺（PI）
·综合性能最佳的有机高分子材料之一
·既可以作为功能性材料，也可以作为结构性材料
·广泛应用在航空航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域
聚酰亚胺一般是二酐和二胺的缩聚物，主链上含有酰亚胺环(-CO-N-CO-)。
根据重复单元的化学结构，聚酰亚胺可以分为脂肪族、半芳香族和芳香族聚酰亚胺三种。根据链间相互作用力，可分为交联型和非交联型 。
合成途径
溶液缩聚法——反应物在溶剂中进行聚合的方法，可分为一步法、两步法、三步法。
一步法
二酐和二胺在高沸点溶剂中直接聚合生成PI，即单体不经由聚酰胺酸(PAA)，而缩聚和脱水环化过程同时进行，直接合成PI。
反应条件较温和，需要选择合适的溶剂。通常采用带水剂进行共沸以脱去生成的水。
两步法
先由二酐和二胺获得前驱体PAA，再通过加热或化学方法，分子内脱水闭环生成PI。
第一步反应时应将二酐以固态形式分批加入二胺溶液中，同时搅拌，必要时冷却；第二步酰亚胺化反应，把PAA溶液进行梯度升温，去除溶剂后，经脱水环化得PI。
三步法
经由聚异酰亚胺得到PI，方法新颖。PAA在脱水剂作用下，脱水环化而成聚异酰亚胺，然后在酸或碱等催化剂作用下异构化形成PI。
界面缩聚法
界面缩聚是指在两种互不相容，分别溶有两种单体溶液的界面附近进行缩聚反应。
将均苯四酰氯溶在二氯甲烷中，将二胺溶在水中，再把两相混合进行界面聚合。
熔融缩聚法
将单体，催化剂和分子质量调节剂没入反应器中，加热熔融并逐步形成高聚物的过程。一般只用于热塑性PI的合成，局限性较大。
气相沉积法
主要用于制备PI薄膜，高温下使二酐和二胺直接以气流的形式输送到混炼机内进行混炼，制成薄膜。需要高温，合成有难度。
各项性能
01
耐高温性能
由均苯四甲酸二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺，热分解温度达600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。
02
良好的介电性能
介电常数为3.4左右，引入氟，或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左右。
03
机械性能优良
未填充的塑料的抗张强度都在100Mpa以上，作为工程塑料，弹性模量通常为3-4Gpa，纤维可达到200Gpa，据计算，均苯四甲酸二酐和对苯二胺合成的纤维可达 500Gpa，仅次于碳纤维。
04
其他
对稀酸稳定，耐低温，耐辐射，无毒等等。
聚酰亚胺薄膜
无色透明的含氟类PI薄膜在保持PI优良性能的同时还具有其它特性。氟原子电负性较大，可降低二胺的给电子性，以此抑制电子转移络合物的形成，提高光学性能; 同时氟原子体积较大，可增加分子间的自由体积，继而提高聚酰亚胺材料的介电性能。无色透明PI薄膜成为先进光电器件的理想选择。
聚酰亚胺基复合材料
聚酰亚胺玻璃布层压板采用合成的聚酰胺酸溶液浸渍玻璃纤维布，经一定工艺热压成型，经测试，室温抗弯强 度 741 MPa，起始分解温度近 600 ℃，具有十分优良的力学性能、热学性能。可用于耐高温电气绝缘材料(如 FPC 板等)、航空飞行器(如机翼等)的耐高温结构件材料。
聚酰亚胺纤维
将聚酰胺酸纺丝原液干喷湿纺的方 式来纺丝，经一定的操作工艺得到原丝，再将原丝经过高温亚胺化、热牵伸后可以制得的聚酰亚胺纤维，具有高致密性和高强度的优点。
江苏奥神集团和东华大学对干法成形 PI 纤维进行了工程化探索，并以此为基础首次在国际上成功建成投产具有自主知识产权的干法纺丝生产线。
展
望
聚酰亚胺作为很有发展前途的高分子材料已经得到充分的认识，在绝缘材料中和结构材料方面的应用正不断扩大。在功能材料方面正崭露头角，其潜力仍在发掘中。但是在发展了40年之后仍未成为更大的品种，其主要原因是，与其他聚合物比较，成本还是太高，大大的限 制了聚酰亚胺的发展，我们应当不断对聚酰亚胺的合成、工艺、分子设计等方面进行探究，使其在今后的发展中大放异彩。
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